Синфазные антенные решетки для приема сигналов ТВ

Синфазная антенная решетка представляет собой сложную направленную антенную систему, состоящую из отдельных слабонаправленных антенн, разнесенных в пространстве и расположенных таким образом, чтофазы наведенных в них сигналов оказываются одинаковыми. Антенны в решетке соединяют между собой, они должны работать на общую согласованную нагрузку. Как правило, синфазную решетку собирают из одинаковых антенн, расположенных в несколько рядов и несколько этажей.

Схема соединения антенн решетки должна быть составлена так, чтобы не нарушалась синфазность сигналов, поступающих от каждой антенны в нагрузку, так как только при одинаковых фазах этих сигналов они будут складываться. Кроме того, схема соединения антенн решетки одновременно должна обеспечивать их согласование с нагрузкой, так как при рассогласовании общего входного сопротивления решетки с сопротивлением нагрузки часть энергии принятого антеннами сигнала отразится от нагрузки и будет излучаться обратно в пространство, что приведет к уменьшению коэффициента усиления,антенной решетки.

Использование вместо одной антенны нескольких таких же антенн, соединенных в синфазную решетку, приводит к увеличению сигнала на выходе такой антенной системы, сужению диаграммы направленности и в результате к увеличению коэффициента усиления по сравнению с коэффициентом усиления одиночной антенны, входящей в состав решетки. Увеличение коэффициента усиления синфазной антенной решетки происходит за счет двух факторов.

Во-первых, в каждой антенне решетки- электромагнитным полем принимаемого передатчика наводится сигнал определённой мощности, той самой, которая наводилась бы в одиночной антенне данного типа, а затем мощности сигналов, принятых всеми антеннами, складываются в нагрузке. Поэтому результирующая мощность сигнала на выходе синфазной решетки во столько же раз больше мощности сигнала на выходе одиночной антенны того же типа, сколько антенн содержится в решетке.

В связи с тем, что сопротивление нагрузки остается неизменным, независимо от того, используется одна антенна или несколько, напряжение результирующего сигнала на выходе синфазной решетки увеличивается по сравнению с напряжением сигнала на выходе одиночной антенны того же типа не во столько раз, сколько антенн содержится в решетке, а в число, равное корню квадратному из числа антенн.

Так, при наличии в решетке четырех антенн мощность сигнала на выходе решетки увеличивается в 4 раза, а напряжение - в 2 раза (на 6 дБ), при девяти антеннах мощность увеличивается в 9 раз, а напряжение, сигнала - в 3 раза (на 9,5 дБ) и т. д. Соответственно увеличивается коэффициент усиления синфазной решетки по сравнению с коэффициентом усиления одиночной антенны.

Во-вторых, поперечные размеры антенной решетки относительно направления, с которого приходит сигнал, больше поперечных размеров одиночной антенны. Иначе говоря, при использовании синфазной решетки увеличивается поверхность абсорбции антенны, та поверхность, из которой антенна поглощает мощность электромагнитного поля. Это приводит к сужению диаграммы направленности антенной системы, что эквивалентно дополнительному увеличению коэффициента усиления антенны, т. е. дополнительному увеличению напряжения сигнала на выходе решетки.

Сужение диаграммы направленности решетки обусловлено тем, что только те сигналы, которые принимает каждая антенна с главного направления, перпендикулярного плоскости решетки, оказываются синфазными. Сигналы же, приходящие под углом к главному направлению, поступают к антеннам решетки, разнесенным в пространстве, не одновременно, а со сдвигом во времени или по фазе. Таким образом, сигналы, приходящие под углом, за счет разности хода наводят в антеннах решетки, напряжения, сдвинутые по фазе, которые складываются геометрически, как векторы.

Их геометрическая сумма оказывается меньше арифметической суммы напряжений, наведенных в антеннах решетки Сигналами, приходящими с главного направления. Чем больше поперечные размеры решетки, тем больше разность хода сигналов, приходящих под тем же самым углом к главному направлению, и тем больше сдвиг фаз, т. е. меньше результирующий сигнал.

Следовательно, с увеличением поверхности абсорбции сужается диаграмма направленности и увеличивается коэффициент усиления синфазной решетки. Увеличение вертикального размера решетки сужает диаграмму направленности в вертикальной плоскости, увеличение горизонтального размера решетки сужает диаграмму направленности .в горизонтальной плоскости. Теоретически, увеличение поверхности абсорбции вдвое должно приводить к увеличению коэффициента усиления решетки на 3 дБ.

Таким образом, можно определить коэффициент усиления синфазной антенной решетки. В первую очередь он зависит от коэффициента усиления антенн, входящих в состав решетки, и должен быть увеличен за счет увеличения числа антенн решетки, а также за счет увеличения поверхности абсорбции решетки по сравнению с поверхностью абсорбции одиночной антенны.

Часто допускается ошибка, когда число антенн, входящих в состав решетки, не учитывают, а исходят только из коэффициента усиления одиночной антенны и увеличения поверхности абсорбции. Истоки этой ошибки лежат в аналогии между приемными и передающими антеннами, исходя из принципа взаимности. При рассмотрении передающей антенны предполагается, что мощность передатчика достоянная и не зависит от числа антенн в решетке.

При увеличении числа антенн мощность, приходящаяся на каждую антенну, уменьшается. Соответственно уменьшается и та доля энергии электромагнитного поля, которая обусловлена излучением каждой из антенн решетки. Поэтому напряженность поля в точке приема не зависит от числа антенн в решетке передающей антенны. Если бы к каждой антенне передающей решетки был подключен свой передатчик, увеличение числа антенн в решетке приводило бы к увеличению излученной энергии.

При этом напряженность поля в точке приема увеличивалась бы от увеличения не только эффективной поверхности решетки (эквивалентной поверхности абсорбции приемной антенны), но и числа антенн в решетке. Именно в этих условиях применима аналогия между передающей и приемной антеннами, так как напряженность поля в точке приема считается неисчерпаемой и не уменьшается при увеличении числа антенн в решетке приемной антенной системы.

Исходя из приведенных соображений, можно сделать вывод: при увеличении числа антенн синфазной решетки в 2 раза и таком же увеличении поверхности абсорбции коэффициент усиления решетки должен увеличиться на 6 дБ. На практике, однако, такого увеличения коэффициента усиления по сравнению с одиночной антенной не получается в связи с тем, что происходит частичное перекрытие поверхностей абсорбции отдельных антенн и неизбежно некоторое рассогласование в цепях фазирования антенн и в цепях согласования сопротивлений антенн и нагрузки!

Поэтому в зависимости от расстояния между антеннами можно считать, что при увеличении числа антенн в решетке в 2 раза коэффициент усиления увеличивается в пределах 4...5 дБ.

Форма диаграммы направленности синфазной антенной решетки определяется диаграммой направленности антенн, составляющих решетку, и конфигурацией самой решетки (число рядов, число этажей и расстояния между ними). При двух ненаправленных антеннах, размещенных рядом на расстоянии, равном половине длины волны (между осями антенн), диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет вид восьмёрки, а прием с боковых направлений, перпендикулярных. главному, отсутствует.

Если увеличивать расстояние между антеннами, ширина главного лепестка диаграммы направленности уменьшается, но появляются боковые, лепестки с максимумами в направлениях, перпендикулярный главному. При расстоянии между антеннами 0,6 длины волны уровень боковых лепестков составляет 0,31 уровня главного лепестка, а ширина диаграммы направленности по половинной мощности уменьшается в 1,2 раза относительно решетки с расстоянием между антеннами, равным лямбда/2.

При расстоянии между антеннами 0,75 длины волны уровень боковых лепестков увеличивается до 0,71 уровня главного, а ширина диаграммы направленности уменьшается в 1,5 раза. Наконец, при расстоянии-между антеннами, равном длине волны, уровень боковых лепестков достигает уровня главного лепестка, но ширина диаграммы направленности уменьшается в 2 раза по сравнению с расстоянием между антеннами в полволны.

Из этого примера видно, что целесообразнее выбирать расстояния между антеннами, равными длине волны. Это обеспечивает наибольшее сужение главного лепестка диаграммы направленности.

Наличия боковых лепестков опасаться нет нужды, так как при использовании в составе решетки направленных антенн они с направлений, перпендикулярных главному, сигналов не принимают.

Располагать антенны в решетке на расстояниях, меньших половины длины волны (даже если конструкция антенн это позволяет), нецелесообразно, так как при этом перекрываются поверхности абсорбции и эффект получается слабым. Увеличивать же расстояния сверх длины волны недопустимо, так как при этом в диаграмме направленности появляются дополнительные боковые лепестки, неперпендикулярные главному направлению.

Синфазные решетки могут быть собраны из антенн самых различных типов. Обычно в решетке используют одинаковые антенны, что упрощает их согласование с нагрузкой и фазирование. Однако не исключено использование в решетке и разных антенн.

В условиях дальнего приема телевизионных передач радиолюбители в основном применяют синфазные решетки, собранные из антенн типа "Волновой канал" и рамочных.

При этом к тем недостаткам многоэлементных антенн "Волновой канал", которые были рассмотрены ранее, следует добавить еще один. Две или несколько антенн этого типа, даже в том случае, если они изготовлены точно по чертежам и из одинаковых материалов, оказываются расстроены по-разному.

Поэтому фазы принятых ими сигналов на выходах антенн одинаковыми не получаются и неизбежно наличие расфазирования, что значительно уменьшает коэффициент усиления решетки.

Таким образом, для радиолюбителей можно считать допустимым использование синфазных решеток, собранных лишь из трехэлементных антенн "Волновой канал", естественная расстройка которых, как отмечалось ранее, незначительна и не приводит к необходимости индивидуальной настройки Каждой антенны, а также к фазированию антенн в решетке.

Двухрядная антенная решетка

В качестве примера на рис 1 показана двухрядная антенная решетка, собранная из двух трехэлементных антенн "Волновой канал". Антенна предназначена для приема сигнала с вертикальной поляризацией на границе зон прямой видимости и полутени. Коэффициент усиления антенны составляет примерно 10 дБ.

Двухрядная синфазная антенна

Рис. 1. Двухрядная синфазная антенна.

Элементы антенны выполняют из металлической трубки диаметром 12...20 мм для антенн, работающих на 1-5-м каналах, или диаметром 8...15 мм для антенн, работающих на 6-12-м каналах. Стрелы могут быть металлическими или деревянными, мачта же обязательно должна быть выполнена из изоляционного материала и лишь на 2 м ниже антенны мачта может быть металлической.

Размеры каждой антенны можно взять из табл. 2, а расстояние между антеннами Н и длина шлейфа Ш приводятся в табл. 1.

Таблица 1. Размеры двухрядной трех элементной антенны.

Номер канала 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12
Н, мм 4500 3800 2900 2600 2400 1280 1230 1180 1130 1090 1050 1000
Ш, мм 1418 1202 932 848 778 420 402 386 370 356 343 331

Согласующее устройство состоит из двух соединительных линий и симметрирующего короткозамкнутого четвертьволнового шлейфа. Входное сопротивление каждой антенны при указанных в табл. 2 размерах составляет примерно 150 Ом.

Таблица 2. Размеры трехэлементной антенны "Волновой канал", мм.

Номер канала 1 2 3 4 5 6 7 ! 8 9 10 11 12
Р 3350 2840 2200 2000 1830 990 950 905 870 840 805 780
В 2760 2340 1790 1620 1510 815 780 745 720 690 665 640
Д 2340 2000 1550 1400 1290 690 660 630 610 585 560 545
а 900 760 590 535 490 270 255 240 230 225 220 215
в 600 510 395 355 330 180 170 160 155 150 145 140
П 1865 1581 1227 1116 1023 553 529 508 488 469 452 436

Линии, каждая из которых выполнена из двух отрезков 75-омного коаксиального кабеля, также имеют волновое сопротивление 150 Ом и хорошо согласуются с антеннами. Длина линий может быть взята произвольной, но обе линии должны быть одинаковой длины. В точках соединения линий два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом.

К этим точкам с помощью симметрирующего шлейфа подключей фидер. Шлейф и фидер выполняют также из 75-омного кабеля.

Синфазность антенн в решетке достигается применением одинаковых антенн, одинаковых линий, а также благодаря их синфазному соединению. Для этого точки "а”, обеих линий должны быть подключены именно к точкам "а " (верхним концам) вибраторов обеих антенн.

Если данную антенную решетку повернуть на 90° так, чтобы элементы антенн заняли горизонтальное положение, получится двухэтажная антенная решетка, которую можно использовать для приема передач с горизонтальной поляризацией сигнала.

Синфазная решетка с повышенным КЗД

Рис. 2. Синфазная решетка с повышенным КЗД.

Использование синфазных антенных решеток позволяет при необходимости значительно увеличить коэффициент защитного действия антенны для ослабления помехи, приходящей со стороны, противоположной направлению на передатчик. Для этого в синфазной решетке нужно выдвинуть одну из антенн, например нижнюю, вперед по направлению на телецентр на четверть длины волны принимаемого канала, одновременно увеличив также на четверть длины волны в кабеле соответствующую линию, в данном случае - подключенную к нижней антенне.

Сигнал, приходящий спереди, поступит к нижней антенне на 1/4 периода раньше, чем сигнал, поступивший к верхней антенне. Но за счет более длинной линии сигнал от нижней антенны будет задержан также на 1/4 периода. Таким образом, сигналы от нижней и верхней антенн к точкам соединения линий поступят одновременно, в фазе, и будут складываться.

Помеха, приходящая сзади, поступит к нижней антенне; с запаздыванием на 1/4 периода по сравнению с помехой, поступившей к верхней антенне. Дополнительно помеха, принятая нижней антенной, будет задержана более длинной соединительной линией еще на 1/4 периода. Таким образом, помеха, принятая нижней антенной, поступит к точке соединения линий на полпериода позже, чем помеха, принятая верхней антенной. Поэтому они окажутся в противофазе и будут вычитаться.

Такой способ позволяет увеличить КЗД антенной решетки примерно на 20 дБ если направления на источники сигнала и помехи противоположны, т. е. угол между этими направлениями составляет 180°. Однако и при меньших углах, вплоть до 150°, имеет смысл использовать такой способ увеличения КЗД.

Это может понадобиться, когда слабый сигнал отдаленного телевизионного передатчика не может быть принят с удовлетворительным качеством из-за наличия ближе расположенного или более мощного передатчика, работающего на том же канале. При постройке антенной решетки с повышенным КЗД необходимо помнить, что длина волны в кабеле в 1,52 раза меньше, чем длина волны в свободном пространстве.

Таблица 3. Размеры трехэлементных рамочных антенн метровых волн, мм.

Номер канала 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Д 1255 1060 825 750 688 370 354 340 325 312 300 290
В 1485 1260 975 890 812 438 418 400 385 370 357 345
Р 1810 1530 1190 1080 990 532 510 488 470 450 435 420
А 630 532 412 375 345 185 177 170 163 157 150 145
Б 915 775 600 545 500 270 258 246 237 228 220 210
Н 5600 4600 3600 3200 3000 1680 1600 1500 1450 1400 1350 1300
Ш 1500 1260 970 880 800 430 410 390 375 360 350 335
Т 1000 840 640 580 530 280 270 260 250 240 230 220

Поэтому выдвигать одну из антенн вперед нужно на 1/4 длины волны в свободном пространстве (этот размер соответствует размеру Ш в таблицах 3 и 1), а удлинять одну из соединительных линий нужно на 1/4 длины волны в кабеле (этот размер соответствует размеру Т в табл. 3). Разница в размерах Ш, приведенных в указанных таблицах, объясняется тем, что размеры одной из таблиц рассчитаны для настройки антенны на несущую частоту изображения, а другой - на среднюю частоту канала.

Четырехэтажная синфазная решетка

На рис. 3 показана четырехэтажная синфазная решетка, собранная из четырех трехэлементных антенн ”Волновой канал”. Размещение антенн в четыре этажа значительно сужает диаграмму направленности в вертикальной плоскости и позволяет Прижать ее лепесток к земле.

Четырехэтажная синфазная решетка - антенна

Рис. 3. Четырехэтажная синфазная решетка.

Это очень важно в условиях дальнего приема телевизионных передач, когда сигнал приходит с линии горизонта. Коэффициент усиления такой антенной решетки достигает 14 дБ. Размеры антенн могут быть взяты из табл. 2. Согласование антенн осуществляется следующим образом.

Первый (нижний) этаж соединяется со вторым соединительной линией с волновым сопротивлением 150 Ом, образованной двумя отрезками 75-омного коаксиального кабеля. Длина соединительных линий, которыми соединены первый со вторым и третий с четвертым этажами, должна быть равна половине длины волны в кабеле.

В связи с тем, что сигнал, проходя по линиям такой длины, задерживается на полпериода, т.е. его фаза меняется на обратную, для компенсации отрезки кабеля в линиях перекрещены. В точках питания антенн второго и третьего этажей два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам подключены трансформаторы, образованные отрезками 50-омного , кабеля с волновым сопротивлением 100 Ом длиной Т.

Поэтому в точках ”в-в” входные сопротивления двух нижних этажей и входные сопротивления двух верхних этажей оказываются равными 150 Ом, соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам и подключается фидер с помощью четвертьволнового симметрирующего шлейфа длиной Ш. Размеры трансформаторов Т и шлейфа Ш можно взять из одной из помещенных ранее таблиц.

На концах линий и трансформаторов оплетки кабеля соединяют между собой. Центральную жилу фидера, соединенную с центральной жилой и оплеткой шлейфа, подключают к левой точке "в", а оплетку фидера - к правой точке "в". С оплетками трансформаторов оплетку фидера не соединяют.

К примеру взять семиэлементную широкополосную антенну типа АТВК-7/6-12, она рассчитанная на прием передач по любому из каналов в диапазоне с шестого по двенадцатый. Широкополосность этой антенны достигнута взаимной расстройкой ее элементов и в результате коэффициент усиления оказывается небольшим.

Некоторые радиолюбители пытаются собирать из таких антенн синфазные решетки для увеличения коэффициента усиления и использования таких решеток в условиях дальнего приема. Все попытки приводят к отрицательным результатам по следующим причинам. Антенна АТВК-7/6-12 рассчитана на применение в сравнительной близости от телевизионного передатчика, поэтому она не согласована с фидером, а лишь симметрируется с помощью кабельной петли.

Обеспечить согласование антенн в решетке по их входным сопротивлением с волновым сопротивлением фидера во всем диапазоне невозможно, так как согласование осуществляется резонансными элементами - трансформаторами сопротивления, выполняемыми из отрезков кабеля длиной в 1/4 длины волны.

Такой элемент является трансформатором только на той частоте сигнала, при которой его длина равна 1/4 длины волны. На другой частоте длина будет уже отличаться от 1/4 длины волны и как трансформатор он работать уже не будет, следовательно, произойдет рассогласование. Кроме того, антенны этого типа неидентичны по своим фазовым характеристикам. Фазы сигналов на выходах двух внешне одинаковых антенн могут быть также неодинаковыми.

Это относится и к случаю, если из антенн собирается решетка, предназначенная для работы только на одном канале. В таком случае нецелесообразно использовать антенны, являющиеся широкополосными.

Выгоднее использовать в решетке либо более простые антенны с таким же усилением, но стабильной фазовой характеристикой, либо антенны такой же степени сложности, но узкополосные, обладающие более высоким коэффициентом усиления. Те же соображения можно применить и к другим видам широкополосных антенн. Собирать из них синфазные решетки нецелесообразно порой из-за трудностей согласования, порой из-за трудностей фазирования.

Двухэтажная синфазная рамочная антенна

Хорошие результаты дают синфазные решетки, собранные из рамочных антенн. В диапазонах метровых волн наибольшее распространение получили двухэтажные и двухэтажные двухрядные синфазные решетки, собранные из двухэлементных рамочных антенн.

На рис. 4 показаны двухэтажная синфазная решетка и схема симметрирующе-согласующего устройства к ней. Обе антенны этой решетки выполняют согласно рис. 5 и табл. 4.

Двухэтажная синфазная рамочная антенна

Рис. 4. Двухэтажная синфазная рамочная антенна.

Симметрирование антенн осуществляется четвертьволновыми симметрирующими короткозамкнутыми шлейфами, не изменяющими входного сопротивления антенн.

Двухэлементная рамочная антенна

Рис. 5. Двухэлементная рамочная антенна.

Таблица 4. Размеры двухэлементных рамочных антенн метровых волн, мм.

Номер канала 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
В 1450 1220 930 840 770 410 390 370 360 345 330 320
Р 1630 1370 1050 950 870 460 440 420 405 390 375 360
А 900 760 580 530 480 250 240 230 220 210 210 200
Н 4500 3800 2900 2600 2400 1280 1230 1180 1130 1090 1050 1000
Ш 1500 1260 970 880 800 430 410 390 375 360 350 335
Т 1000 840 640 580 530 280 270 260 250 240 230 220

Поэтому линии, выполненные как и шлейфы из 75-омного кабеля, хорошо согласуются с антеннами. Линии берутся, произвольной, но одинаковой длины. В точке соединения линий два сопротивления по 75 Ом соединены параллельно, образуя 37,5 Ом.

Для согласования такого сопротивления с волновым сопротивлением фидера, которое составляет 75 Ом, используется трансформатор в виде отрезка кабеля длиной в 1/4 длины волны в кабеле.

Волновое сопротивление кабеля, из которого выполняется трансформатор, определяется путем извлечения квадратного корня из произведения сопротивлений на входе и выходе трансформатора, что дает 53 Ома. Таким образом, трансформатор должен быть выполнен из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.

Часто возникают затруднения в связи с отсутствием отрезка 50-омно-го кабеля. В этом случае можно выполнить согласование по другой схеме, показанной на рис, 6. Все элементы этой схемы выполнены кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом. В схеме использованы два трансформатора, включенные последовательно.

Вариант согласования двухэтажной антенны

Рис. 6. Вариант согласования двухэтажной антенны.

Первый трансформатор образован тремя параллельными отрезками кабеля и имеет волновое сопротивление 25 Ом. Второй трансформатор образован двумя отрезками кабеля и имеет волновое сопротивление 37,5 Ом. Входное сопротивление решетки равно 37,5 Ом, па выходе первого трансформатора оно уменьшается до 16,7 Ом, а на выходе второго трансформатора увеличивается до 84,4 Ом.

Хотя и не обеспечивается полное согласование такого сопротивления с волновым сопротивлением фидера, равным 75 Ом, но рассогласование можно считать вполне допустимым. При этом, рассогласовании коэффициент бегущей, волны составляет 0,89, что соответствует передаче в фидер 98 % мощности сигнала, принятого антенной. Коэффициент усиления двухэтажной синфазной решетки из двух двухэлементных рамочных антенн примерно равен 12...13 дБ.

Если необходимо увеличить КЗД двухэтажной рамочной антенны, верхняя антенна выдвигается вперед но направлению на телецентр на расстояние, равное Ш, а верхняя линия удлиняется относительно нижней на длину Т.

Двухэтажная решетка из рамочных антенн .имеет узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости и более широкую в горизонтальной. Это представляет большое удобство, так как антенная решетка не нуждается в тщательном ориентировании по азимуту, а узкий лепесток диаграммы направленности в вертикальной плоскости, прижатый к линии горизонта, благоприятствует дальнему приему телевизионных передач. Использовать эту антенную решеїку рекомендуется в зоне полутени, прилегающей к зоне прямой видимости.

Двухэтажная двухрядная рамочная антенна

Если после установки двухэтажной синфазной решетки из рамочных антенн экспериментально будет установлено что ее коэффициент, усиления недостаточен для получения уверенного приема с хорошим качеством изображения, можно изготовить еще две рамочные антенны и (собрать решетку из четырех антенн, расположенных в Два ряда и в два этажа. Такая антенная рещетка Со схемой согласования показана на рис. 7.

Двухэтажная двухрядная рамочная антенна

Рис. 7. Двухэтажная двухрядная рамочная антенна.

Все ее размеры берутся из таблицы 4. За счет удвоения рядов сужается диаграмма направленности решетки. в горизонтальной, плоскости, а коэффициент усиления возрастает до 16... 17 дБ. Использовать такую антенную решетку целесообразно в дальней части зоны полутени.

Все элементы симметрирующе-согласующего устройства выполняют из отрезков 75-омного кабеля. Входное сопротивление двух верхних антенн ц точке соединения верхних линий составляет 37,5 Ом. Верхний трансформатор увеличивает его до 150 Ом.

Такое же входное сопротивление Имеют две нижние антенны. В точке соединения трансформаторов два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. Сюда и подключается фидер. Согласование получается достаточно хорошим.

Синфазность обеспечивается одинаковыми антеннами и одинаковой длиной всех четырех линий, которая может выбираться произвольно. Для соблюдения синфазно-сти нужно обратить особое Внимание на правильность подключения линий к антеннам: центральные жилы всех четыре линий подключают к левым концам вибраторных рамок, а оплетки - к правым. Иначе произойдет расфазирование.

При необходимости увеличения КЗД две верхние антенны выдвигают вперед на расстояние Ш, а обе верхние линии удлиняют относительно нижних на длину Т.

В этой конструкции антенной решетки перекладины обязательно должны быть выполнены из изоляционного материала. Можно использовать текстолит, винипласт или деревянные рейки, проваренные в каком-либо противогнилостном составе и окрашенные. Мачта может быть выполнена из металла.

Во избежание прогиба перекладин мачту можно сделать выступающей вверх за пределы антенны на высоту Н/2 и подвязать все стрелы антенн к вершине мачты капроновым шнуром (использовать проволоку нельзя!).

На вершине мачты можно установить громоотвод в виде заостренного металлического штыря, приваренного к мачте, если она металлическая, или соединенного толстым проводом, проведенным по деревянной мачте, с надежным заземлением у основания мачты. Металлическая мачта также надежно заземляется.

Весьма привлекательны синфазные решетки, собранные из трехэлементных рамочных антенн. Двухэтажная синфазная решетка, собранная из двух трехэлементных рамочных антенн, должна, обладать коэффициентом усиления примерно 19 дБ, а двухэтажная двухрядная синфазная решетка из четырех трехэлементных рамочных антенн - около 23 дБ, что соответствует увеличению напряжения, сигнала на выходе антенной решетки в 14 раз по сравнению с полуволновым вибратором.

Таблица 5. Размеры дециметровой рамочной антенны.

Каналы Д В Р А Б Н Ш Т
21-26 134 158 193 67 98 580 152 300
27-32 122 144 176 61 89 530 139 274
33-40 110 131 160 55 80 475 126 248
41-49 99 117 143 50 72 430 112 220
50-58 89 105 129 45 65 390 102 200
59-68 81 96 113 41 59 350. 92 181
69-80 73 86 106 37 53 315 83 164

Размеры трехэлементных рамочных антенн можно взять для дециметрового диапазона из табл. 5, а для метрового диапазона - из табл. 3. Согласование осуществляется в соответствии с рис. 4 или 6 для двухэтажной решетки из двух антенн, или рис. 7 - для двухэтажной двухрядной решетки из четырех антенн. Согласно тем же рисункам выполняется конструкция самих антенных решеток.

Несмотря на то, что конструкция двухэтажной двухрядной решетки, собранной из трехэлементных рамочных антенн, для метровых диапазонов оказывается достаточно громоздкой (особенно для 1-го и 2-го каналов), ее можно рекомендовать для уверенного приема передач на дальней границе зоны полутени или в тех случаях, когда использование более простых антенн не дает хороших результатов.

Трехэлементная рамочная антенна

При изготовлении трехэлементных рамочных антенн для дециметрового диапазона расстояние между концами вибраторной рамки, как показано на рис. 8, берется равным 15 мм. Такое небольшое расстояние взято для того, чтобы оно было значительно меньше стороны квадрата рамки. Если же антенну выполняют для работы в метровом диапазоне, это расстояние может быть увеличено до 40 мм.

Трехэлементная рамочная антенна

Рис. 8. Трехэлементная рамочная антенна.

В табл. 3 расстояние между трехэлементными рамочными антеннами синфазной решетки по вертикали и по горизонтали Н указано максимально допустимым, примерно равным длине волны для получения наибольшего коэффициента усиления. Если такие большие расстояния окажутся неприемлемыми из-за громоздкости конструкции, разнос антенн по горизонтали можно уменьшить в 1,5 раза, хотя при этом коэффициент усиления решетки уменьшится примерно на 1 дБ.

Можно также уменьшить расстояние между этажами решетки также в 1,5 раза, если это необходимо, что приведет к уменьшению коэффициента усиления решетки еще на 1 дБ. Вообще вовсе не обязательно, чтобы расстояния между этажами и рядами решетки были равны между собой.

Двухэтажная двухрядная синфазная решетка достаточно громоздка, особенно для приема передач на 1-5 каналах. В условиях дальнего приема телевидения в зоне полутени, когда передающая антенна находится за линией горизонта, особенно важно, чтобы главный лепесток диаграммы направленности приемной антенны был прижат к Земле.

Трехэтажная рамочная антенна

В то же время, из-за низкой напряженности поля ориентирование антенны по азимуту при узкой диаграмме направленности в горизонтальной плоскости представляет определенные трудности. Поэтому можно рекомендовать трехэтажную однорядную синфазную решетку из трех двухэлементных или трехэлементных рамочных антенн, показанную со схемой согласования на рис. 9.

Трехэтажная рамочная антенна

Рис. 9. Трехэтажная рамочная антенна.

Все размеры здесь такие же, как для уже рассмотренных рамочных антенн и синфазных решеток из них. Особенность же в том, что для согласования этой решетки с фидером требуются, два соединенных последовательно трансформатора. Трансформатор 1 образован параллельным соединением отрезков 75-омного и 50-омного кабелей, трансформатор 2 выполнен из , отрезка 50-омного кабеля.

Напомним: все три линии выполняются одинаковой длины из одной и той же марки 75-омного кабеля.

Коэффициент усиления такой решетки из двухэлементных рамочных антенн - 14-16 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 5-6 раз, а из трехэлементных рамочных антенн около 21 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 11 раз относительно полуволнового вибратора. В горизонтальной плоскости диаграмма направленности сравнительно широка.

Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. - 100 и одна конструкция антенн.

1 1395 Для ТВ
антенна ТВ
Комментарии (1):
#1 Boris Февраль 11 2017
0

Полезная статья. Это по моему из книжки, не помню автора. Вообщем у себя я её не нашёл. Но, хочется сделать антенну в сельскую местность, где я пробовал антенну, но потерпел фиаско. Днём принимает нормально, а после примерно 20 часов - вечером нифига.

cashback